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文檔簡介
1、目 錄第一章 緒論11.1課題的背景及意義11.2高速公路發(fā)展現(xiàn)狀21.3工程概況31.4設(shè)計依據(jù)4第二章 平面設(shè)計52.1公路等級的確定5562.2路線設(shè)計原則和方法66山區(qū)選線的步驟和方法72.3 地形圖分析72.4平面設(shè)計88810111416第三章 縱斷面設(shè)計193.1縱斷面設(shè)計的原則193.2縱坡設(shè)計的要求193.3縱坡設(shè)計步驟203.4縱斷面設(shè)計21213.4.2拉坡與豎曲線設(shè)計2222第四章 橫斷面設(shè)計254.1橫斷面設(shè)計原則254.2路基寬度254.3行車道超高值確定2626274.4行車視距284.5橫斷面圖的繪制29第五章 路面結(jié)構(gòu)設(shè)計305.1路面設(shè)計的內(nèi)容和原則3030
2、305.2瀝青路面當量軸載換算3131325.3路面方案設(shè)計33333435電算確定待設(shè)計層厚度3637第六章 擋土墻設(shè)計406.1擋土墻布置4040416.3重力式擋土墻設(shè)計4242436.4懸臂式擋土墻設(shè)計454546結(jié) 論51致 謝52參考文獻53附 錄54第1章 緒論1.1課題的背景及意義本設(shè)計是在我國交通運輸日益發(fā)達的大背景之下完成對線路的各方面設(shè)計 。我國國土面積遼闊,內(nèi)陸城市居多,因此交通運輸?shù)姆绞街校愤\輸和鐵路運輸占有很大的比重。相對于鐵路運輸,公路運輸主要優(yōu)點是靈活性強,投資較低,公路建設(shè)期短,易于因地制宜,對收到站設(shè)施要求不高??梢圆扇 伴T到門”運輸形式,即從發(fā)貨者門口
3、直到收貨者門口,而不需轉(zhuǎn)運或反復(fù)裝卸搬運。公路運輸也可作為其他運輸方式的銜接手段。具體地說,公路運輸一般具有以下優(yōu)點: (1)可以直接把貨物從發(fā)貨處送到收貨處,實行門對門一條龍服務(wù)。(2)容易裝車,適于近距離運輸,而且近距離運輸費用較低。(3)適應(yīng)性強,可作為其他運輸方式的銜接手段。易于銜接鐵路、水路運輸以及航空運輸,有利于疏通商品,是綜合運輸體系的重要組成部分,是物資集散的有效工具。公路運輸?shù)牟蛔阒幨遣贿m宜大批量運輸。公路運輸?shù)慕?jīng)濟半徑,一般在200公里以內(nèi),因為長距離運輸運費相對昂貴。此外,公路運輸容易污染環(huán)境,發(fā)生交通事故。本次課題設(shè)計的目的是滿足當?shù)亟煌ǔ鲂泻凸S產(chǎn)品的運輸需求,根據(jù)
4、交通量需求,綜合當?shù)氐匦螐?fù)雜、地勢險峻,修建高速公路能夠很好的滿足設(shè)計要求。高速公路產(chǎn)生于20世紀30年代西方一些國家,60年代以來世界各國高速公路發(fā)展迅速。它是經(jīng)濟發(fā)展到一定程度的必然產(chǎn)物。其原因大致有兩個方面:第一,高速公路適應(yīng)工業(yè)化和城市化的發(fā)展。城市是產(chǎn)業(yè)與人口的集聚地,其汽車的增長遠比鄉(xiāng)村快的多,成為汽車的集聚中心,因此高速公路的建設(shè)多從城市的環(huán)路,輻射路和交通繁忙路段開始,逐步成為以高速公路為骨干的城市交通。第二,汽車技術(shù)的發(fā)展,對高速公路建設(shè)提出客觀要求。目前汽車已成為人類社會必不可少的交通工具,因此需要高速公路等基礎(chǔ)設(shè)施的配合汽車的輕型化和載重化是兩大發(fā)展趨勢,前者要求速度保障
5、后者要求承載力,而高速公路恰能使二者有機結(jié)合。本設(shè)計的高速公路的建設(shè),將為當?shù)氐慕煌ㄟ\輸及出行帶來極大的便利,有利于緩解現(xiàn)有的交通壓力,促進沿線資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟優(yōu)勢,帶動貧困地區(qū)盡快脫貧致富的需要,使當?shù)氐奈锂a(chǎn)資源能夠及時有效地輸出,對提高沿線地區(qū)居民的生活質(zhì)量。本線路的建設(shè)在很大程度上帶動了當?shù)芈糜螛I(yè)的發(fā)展,極大程度開發(fā)本地區(qū)鳴河河灘,山谷的旅游資源,并且?guī)硬惋嫞∷薜纫幌盗新糜畏?wù)行業(yè)的發(fā)展,對促進當?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展有著重大意義。1.2高速公路發(fā)展現(xiàn)狀目前全世界已有80多個國家和地區(qū)擁有高速公路,通車總里程超過了23萬公里。國外高速公路比較發(fā)達的是美國,美國于1937年開始修筑賓夕法尼亞州
6、收稅高速公路,長257公里。目前,美國擁有約10萬多公里高速公路,已完成以州際為核心的高速公路網(wǎng),其總里程約占世界高速公路總里程的一半,連接了所有5萬人以上的城鎮(zhèn)。美國的高速公路建設(shè),有一套評估、規(guī)劃立項、投融資以及維護管理的機制,每個項目的認證至少要兩年時間。高速公路建設(shè)資金投入的比例為州政府19.6%,地方縣市77.4%,聯(lián)邦政府3%,平時維護費用主要由州政府負責。中國地域遼闊,地形地貌差別極大,給高速公路的建設(shè)帶來很大的挑戰(zhàn)性。初期,高速公路的建設(shè)從經(jīng)濟發(fā)達同時修建難度比較小的地區(qū)開始建設(shè),隨著國家主干道計劃("五縱七橫"規(guī)劃)的逐步而實施,為實現(xiàn)成網(wǎng)的要求,建設(shè)重點
7、也向地形復(fù)雜的地區(qū)轉(zhuǎn)移,長大隧道及高跨、長跨橋梁占的比例也起來越大,同時高速公路的平均造價也大幅度提高。從上世紀九十年代開始,中國進入了公路建設(shè)快速發(fā)展的時期,尤其是1998年中國實施積極的財政政策以來,中國公路建設(shè)投資數(shù)量大、開工項目多。1992年,中華人民共和國交通部制定了五縱七橫國道主干線規(guī)劃,計劃建設(shè)一個省際高速公路體系,它包括12條關(guān)鍵性的交通走廊五縱七橫(5條南北走向,7條東西走向),長達3.5萬公里,全部由二級公路以上的高等級公路組成,其中高速2.5萬公里。中國政府計劃2010年前建成五縱七橫高速公路網(wǎng)(其中兩縱兩橫三個重要路段計劃在2002年年基本完成),建成后將貫通首都北京和
8、直轄市及各省(自治區(qū))省會城市,將人口在100萬以上的所有特大城市和人口在50萬以上大城市中的93%連接起來,使貫通和連接的城市總數(shù)超過200個,覆蓋的人口約6億,占全國總?cè)丝诘?0%左右。1984年6月7日,沈大高速公路開工,全長375公里。這條公路在建設(shè)初期是按一級汽車專用公路標準實施的。同年12月21日,滬嘉高速公路(上海至嘉定)開工。1987年12月,京津塘高速公路動工,長142.69公里。該路是中國利用世界銀行貸款進行國際公開招標建設(shè)的第一條高速公路。1988年10月31日,滬嘉高速公路正式通車,成為中國大陸首條建成的高速公路。滬嘉高速公路有四車道,全長20.4公里。1998年全年新
9、增高速公路1741公里,通車總里程達8733公里,居世界第六;在建高速公路總里程達1.26萬公里。2001年中國大陸高速公路通車里程達到1.9萬公里,躍居世界第二。2003年3月21日,沈大高速公路進行全線封閉改造,這是中國第一條八車道高速公路。當年新修4600公里高速公路,高速公路通車總里程達到2.98萬公里。2010年中國高速公路通車里程為74113km(不含港、澳、臺地區(qū)),比2009年底增長了13.92%。河南省高速通車總里程首次突破5000公里整數(shù)大關(guān),已連續(xù)5年位居全國高速通車總里程首位。2013年河南高速再創(chuàng)新高,達到5830公里,通達河南的所有省轄市,通車里程連續(xù)7年保持全國第
10、一,形成了以鄭州為中心,縱貫?zāi)媳?、連接東西、輻射八方的高速公路網(wǎng)絡(luò),河南,也成為全國率先實現(xiàn)縣縣通高速的省份,108個縣城,20分鐘就可上高速,3小時能通達所有省轄市。同年,全中國高速公路通車總里程達到10.4萬公里,超過美國居世界第一。截至目前,據(jù)2017年3月份發(fā)改委宣布,我國高速公路運營里程達到13萬公里,居世界第一。1.3工程概況本設(shè)計的公路地處祁東山和霍林山之間,一側(cè)傍水,一側(cè)靠山,為典型的丘陵河谷區(qū),總體地勢為西北低,東南高。主要山脊走向呈西北東南向,最高山峰為霍林山,海拔1753米,最底點位于鎮(zhèn)山中部附近的大河灣與鳴河的谷地,海拔1500米,相對高差250多米。因受構(gòu)造活動和水流
11、侵蝕,地形切割十分劇烈,河谷發(fā)育,溝壑縱橫。依據(jù)成因類型、形態(tài)和組成物質(zhì)三者的不同組合,將本區(qū)內(nèi)發(fā)育的地貌單元劃分為河流侵蝕堆積河谷平原、侵蝕剝蝕小起伏中山、侵蝕剝蝕大起伏中山三個大地貌單元。根據(jù)含水介質(zhì)及水動力條件將區(qū)內(nèi)分為以下兩種種類型:(1)第四系孔隙潛水主要分布在呂呂河、鳴河與兌子溝、后子溝、小松子溝的分流階地。第四系孔隙水主要賦存于河流漫灘、階地及斜坡堆積層。含水巖性為砂類土及碎石類土。漫灘及較寬闊的一級階地因良好的賦存條件,一般富水性強,水質(zhì)好,地下水位變化大;斜坡堆積層基本不含水,在厚度大地形平坦處可能存在少量上層滯水,但分布非常有限??紫稘撍饕艽髿饨邓a給,蒸發(fā)排泄或排給河
12、水。高階地和斜坡堆積層因粘性土雨季時常在局部滯流成濕地或滲水成溪流,水量不大也儲存不均勻,但卻是引起斜坡小型溜塌或淺層滑動的主要因素。(2)碎屑巖裂隙水主要分布基巖中低山區(qū)。含水層巖性為石炭、二疊、三疊、侏羅系的砂巖及節(jié)理裂隙發(fā)育的包括風化裂隙、構(gòu)造節(jié)理及斷裂構(gòu)造帶,因受巖性影響分布很不均勻,一般軟質(zhì)巖如泥巖、頁巖等多為風化裂隙微含水,硬質(zhì)巖則為構(gòu)造裂隙含水,如砂巖等,其含水性也很弱,很少見地下水露頭。當?shù)匮鼐€碎石產(chǎn)量豐富,石料質(zhì)量良好。沿線有多個石灰廠,產(chǎn)量大、質(zhì)量好。另外,附近發(fā)電廠粉煤灰儲量極為豐富。工程所需的部分材料可以就地取材,節(jié)約工程費用,其他材料如瀝青等均需向外采購。本項目區(qū)域多
13、為河谷丘陵,山地處樹木植被較多,并且有國家級保護動植物,河谷漫灘地段,多為農(nóng)田梯田和魚塘。沿線多粘質(zhì)土,河谷地段為堆積土,山坡1米以下是碎石土。本線路設(shè)計考慮了道路對自然條件的影響,盡可能多的避免對農(nóng)田的破壞,減少對自然景觀的破壞。對于施工造成的取土坑、棄土區(qū)填方及挖方采用完善的排水系統(tǒng)和必要的防護措施。邊坡防護大多數(shù)采用植被防護。本線路起點位于大河灣附近,終點至馬家。經(jīng)過河流丘陵地貌,路線所經(jīng)地形呈西北部略低東南部略高趨勢,其間穿過兩條河流兩條溝渠,道路沿線屬于河谷漫灘低丘陵坡地及山間盆地地貌單元。所設(shè)計的道路線具體情況如下:主線為雙向六車道高速公路標準建設(shè),路幅寬度33.5m,中央分隔帶2
14、m,行車道2×12m、路槽深度0.6m,硬路肩2×3m、路槽深度0.3m,土路肩2×0.75m,設(shè)計車速為100km/h。路線總長度為4736.996m,起點樁號K0+000.0,終點樁號為K4+736.996。1.4設(shè)計依據(jù) 1.依據(jù)資料(1)本公路工程可行性研究報告及勘察設(shè)計合同文件。(2)大河灣至馬家標段1:2000平面地形圖。 2.設(shè)計標準及主要技術(shù)參數(shù)參考的主要設(shè)計規(guī)范如下。 (1)公路工程技術(shù)標準(JTG B01-2014) (2)公路路線設(shè)計規(guī)范(JTG D20-2006) (3)路基路面工程 (4)瀝青路面設(shè)計規(guī)范(JTG D50-2015) (5
15、)公路路基設(shè)計規(guī)范(JTG D30-2016) (6)高速公路規(guī)劃與設(shè)計 (7)公路環(huán)境保護設(shè)計規(guī)范(JTG B04-2010) (8)公路隧道設(shè)計規(guī)范(JTG D70/2-2014) (9)公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范(JTG D60-2015)第2章 平面設(shè)計線路的平面設(shè)計是指參照相關(guān)規(guī)定,結(jié)合當?shù)氐牡匦蔚孛?,在公路?guī)劃地區(qū)范圍的起點、行經(jīng)地點及終點之間,確定一條技術(shù)上可行,經(jīng)濟上合理,而又能符合使用要求的平面公路中心線,并計算平面路線中相關(guān)的曲線要素。2.1公路等級的確定交通量是單位時間內(nèi)通過道路斷面的交通流量(即單位時間內(nèi)通過道路某斷面的車輛數(shù)目),預(yù)測該路竣工后第一年的交通組成如表2-1。表
16、2-1 預(yù)測交通量車型名稱交通量黃河JN1501342東風AS141DL414太湖XQ641301黃海DD690526長征XD160805紅巖CQ30290656交通量換算采用小客車為標準車型。各汽車代表車型及車輛折算系數(shù)規(guī)定如表2-2。表2-2 各汽車代表車型及車輛折算系數(shù)汽車代表車型車輛折算系數(shù)說明小客車1.0座位19座的客車和載重量2t的貨車中型車1.5座位>19的客車和2t<載質(zhì)量7t的貨車大型車2.57t<載質(zhì)量20t的貨車汽車列車4.0載質(zhì)量>20t的貨車由表2-1的交通量和表2-2的折算系數(shù),可以得到初始年交通量。輛/日預(yù)計通車后公路沿線年交通量平均增長率
17、=3%,高速公路設(shè)計交通量預(yù)測年限為20年。計算公式為 (2.1)由公式得 輛/日依據(jù)公路工程技術(shù)標準JTG B01-2014可知:高速公路為專供汽車分方向、分車道行駛,全部控制出入的多車道公路。高速公路的年平均日設(shè)交通量宜在15000輛小客車以上。綜合各個方面考慮,本高速公路設(shè)計采用雙向6車道,設(shè)計速度采用100km/h。2.2路線設(shè)計原則和方法選線是根據(jù)線路基本走向和技術(shù)標準,結(jié)合地形、地質(zhì)條件,考慮安全、環(huán)保、土地利用和施工條件,以及經(jīng)濟等因素,通過全面比較,選定路線中線的全過程。這是道路建設(shè)的基礎(chǔ)工作,面對的是一個十分復(fù)雜的自然環(huán)境和社會經(jīng)濟條件,需要綜合考慮多方面因素。為了保證選線和
18、勘測設(shè)計質(zhì)量,降低工程造價,必須全面考慮,由粗到細,由輪廓到具體,逐步深入,分階段分步驟分析比較,進行多個設(shè)計方案的比選,才能定處合理的路線。(1) 應(yīng)針對路線所經(jīng)地域的生態(tài)環(huán)境、地形、地質(zhì)的特性和差異,按擬定的各控制點由面到帶、由帶到線、由淺入深、由輪廓到具體,進行比較、優(yōu)化與論證。同一起、終點的路段內(nèi)有多個可行的方案時,應(yīng)對各設(shè)計方案進行同等深度的比較。(2) 影響選擇控制點的因素多且相互關(guān)聯(lián)又相互制約,應(yīng)根據(jù)公路功能和使用任務(wù),全面權(quán)衡、分清主次,處理好全局和局部的關(guān)系,并注意由于局部難點的突破而引起的關(guān)系轉(zhuǎn)換給全局帶來的影響。(3) 應(yīng)對路線所經(jīng)區(qū)域、走廊帶及其沿線的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)
19、進行深入調(diào)查、勘察,查清其對公路工程的影響程度。遇有滑坡、崩塌、巖堆、泥石流、巖溶、軟土、泥沼等不良工程地質(zhì)的地段應(yīng)慎重對待,視其對線路的影響程度,分別對繞、避、穿等方案進行論證比選。當必須穿過時,應(yīng)選擇合適的位置,縮小穿越范圍,并采取切實可行的工程措施。(4) 應(yīng)充分利用工程建設(shè)用地,嚴格保護農(nóng)用耕地。(5) 國家文物是不可再生的文化資源,路線應(yīng)盡量避讓不可移文物。(6) 保護生態(tài)環(huán)境,并同當?shù)氐淖匀痪坝^相協(xié)調(diào)。(7) 高速公路、具有干線功能的一級公路同作為路線控制點的城鎮(zhèn)相銜接時,以接城市環(huán)線或以支線連接為宜,并與城市發(fā)展規(guī)劃相協(xié)調(diào)。(8) 路線設(shè)計是立體線性設(shè)計,在選線時即應(yīng)考慮平、縱、
20、橫面的相互間組合與合理配合。 本設(shè)計所在區(qū)域為山嶺河谷平原地形,在山嶺部分要注意限制坡度的影響,要用足坡度,在河谷平原地段坡度限制不大,主要是進行障礙物的繞避。當?shù)刈匀痪坝^較多,因此要格外注意保護耕田和生態(tài)環(huán)境,并與城市規(guī)劃相協(xié)調(diào)。山區(qū)選線的步驟和方法本設(shè)計所處的地形多為山脈丘陵,一部分河灘,因此選線設(shè)計應(yīng)該按照山區(qū)選線的方法進行。山區(qū)選線一般按工作內(nèi)容分三步進行。具體如下:(1) 路線方案選擇路線方案選擇主要是解決起、終點間線路基本走向的問題。(2) 路線帶選擇在路線基本走向選定的基礎(chǔ)上,按地形、地質(zhì)、水文等自然條件選定出一些細部控制點,即構(gòu)成路線帶,也稱路線布局。(3) 具體定線定線是根據(jù)
21、技術(shù)標準和路線方案,結(jié)合有關(guān)條件在有利的路線帶內(nèi)進行平縱橫綜合設(shè)計,具體定出道路中線的工作。2.3 地形圖分析要想設(shè)計出最為合理的線路,充分的前期工作是完成整個工作的基礎(chǔ)。正常的工程建設(shè)要先進行地形勘測,由于畢業(yè)設(shè)計采用的地形圖已經(jīng)由設(shè)計單位勘測設(shè)計完畢,因此需要詳細的解讀地形圖。為了進一步的識讀地形圖,需要知道每個圖層的含義,基本圖層注釋如下:DMTZ地貌特征、DLSS道路設(shè)施、ASSIST骨架線、DLDW獨立地物、KZD控制點、ZBTZ植被特征、DGX等高線、GCD高程點、GXYZ管線設(shè)施、JJ境界、JMD居民地、JZD界址點、SXSS水系設(shè)施、TK圖廓等等。本設(shè)計的地形圖在起終點界線范圍
22、內(nèi),整個地形呈西北至東南走向,右上側(cè)河流水系比較發(fā)育,左下側(cè)多為山嶺。從左至右分別是祁東山、鎮(zhèn)山、南山、霍林山。地形圖中部平坦部分為鄉(xiāng)鎮(zhèn)村落,中部有街鵬村、堂爾上村,并且附近河流繁多,河流周邊農(nóng)用耕地占地面積大。2.4平面設(shè)計(1) 平面線形應(yīng)與地形、地物和環(huán)境相適應(yīng),保持線形的連續(xù)性和均衡性,并于縱斷面設(shè)計相協(xié)調(diào)。(2) 平面線形應(yīng)直捷、流暢,并與地形、地物相適應(yīng),宜直則直,宜曲則曲,不片面追求直曲,這是美學、經(jīng)濟和環(huán)境保護的要求。(3) 為使一條道路上的車輛盡量以均勻速度行駛,應(yīng)注意各線形要素保持連續(xù)均衡,避免出現(xiàn)技術(shù)指標的突變。(4) 注意與縱斷面設(shè)計相協(xié)調(diào)。在平面線形設(shè)計中,應(yīng)考慮縱斷
23、面設(shè)計的要求,與縱斷面線形相協(xié)調(diào)。(5) 平曲線應(yīng)該有足夠的長度。汽車在道路的曲線路段上行駛時,若平曲線長度過短,駕駛員需要急轉(zhuǎn)方向盤,在高速行駛時是不安全的,也會使離心加速度變化率過大,使乘客感到不適;當?shù)缆忿D(zhuǎn)角很小時,容易產(chǎn)生曲線半徑很小的錯覺。因此,平曲線應(yīng)有一定的長度。本設(shè)計為山區(qū)高速公路選線設(shè)計,因此在平面設(shè)計中應(yīng)該充分重視圓曲線的半徑選取,跨越河流等地橋位的選取,需要開挖隧道時,隧道洞口的選取等等。平面線形主要由直線、圓曲線、緩和曲線三種線形組合而成的。有平面線形的三要素可以得到很多種平面線形的組合形式。對道路平面線形設(shè)計,主要有基本型、S形、C形、卵形、凸形、復(fù)合型和回頭型曲線等
24、。在設(shè)計的時候還要注意緩和曲線長度的確定除了滿足最小外還要考慮超高加寬的要求,所選擇的緩和曲線長度還應(yīng)大于或等于超高緩和段和加寬緩和段的長度要求。線形中的直線段長度不宜過長。受地形條件或其他特殊情況而采用長直線時,應(yīng)結(jié)合沿線具體情況采取相應(yīng)的技術(shù)措施。兩圓曲線之間以直線連接時,夾直線的長度不宜過短,規(guī)范中有以下規(guī)定:設(shè)計速度大于或等于60km/h時,同向圓曲線之間夾直線最小長度(以m計)以不小于設(shè)計速度(以km/h計)的6倍為宜;反向圓曲線間的夾直線最小長度(以m計)以不小于設(shè)計速度(以km/h計)的2倍為宜。 由于本線路設(shè)計的平面曲線半徑均小于4000m,因此需要設(shè)置曲線超高。根據(jù)公路路線設(shè)
25、計規(guī)范 JTG D20-2006曲線超高相關(guān)規(guī)定,各級公路圓曲線部分的最大超高值如表2-3。表2-3 各級公路圓曲線最大超高值公路等級高速公路、一級公路二級、三級、四級公路一般地區(qū)()8或108積雪冰凍地區(qū)()6根據(jù)規(guī)定本線路設(shè)計圓曲線最大超高值取8,旋轉(zhuǎn)方式為繞中央分隔帶邊緣旋轉(zhuǎn),線性漸變方式并且外側(cè)土路肩隨行車道一起超高。根據(jù)公路路線設(shè)計規(guī)范 JTG D20-2006,當二級公路、三級公路、四級公路的圓曲線半徑小于或等于250m時,應(yīng)設(shè)置曲線加寬。本設(shè)計為高速公路,并且最小圓曲 線半徑為800m,因此不需要曲線加寬設(shè)計。對于平曲線的主要參數(shù),根據(jù)公路路線設(shè)計規(guī)范 JTG D20-2006
26、中相關(guān)規(guī)定,設(shè)計車速為100km/h時的平曲線參數(shù)如表2-4。表2-4 高速公路主要技術(shù)指標2設(shè)計速度100km/h平曲線最小半徑一般值700m最小半徑極限值400m緩和曲線最小長度85m不設(shè)超高的最小曲線半徑路拱2 4000m路拱>2 5250m最大超高8曲線加寬不設(shè)置加寬本設(shè)計中公路平曲線半徑的最小的為800m,緩和曲線最小的長度為200m,最大超高為8%,曲線不設(shè)置加寬,經(jīng)設(shè)計向?qū)炞C滿足要求。(1)設(shè)計方案說明本設(shè)計共設(shè)計了三套方案,詳細圖形參見附錄4方案比選圖,其各自特點如下。方案一:起點位于大河灣東北側(cè),沿坡底跨越鳴河支流,繞過鎮(zhèn)山山咀,在街鵬村附近設(shè)置轉(zhuǎn)彎曲線。沿平坦河谷地
27、面進入鎮(zhèn)山中部,在傍山處轉(zhuǎn)彎以直線段穿越堂爾上鄉(xiāng)鎮(zhèn),經(jīng)過南山山咀到達中點馬家。方案二:起點同樣位于大河灣東北側(cè),沿山坡坡底跨越鳴河支流,在鎮(zhèn)山山咀處轉(zhuǎn)彎沿傍山線路進入鎮(zhèn)山中部,在鎮(zhèn)山中部遠河谷線設(shè)置反向曲線。線路出來沿傍山線路穿過堂爾上鄉(xiāng)鎮(zhèn),進入南山山咀并在南山邊緣出轉(zhuǎn)彎進入霍林山到達終點馬家站。方案三:方案三為遠河谷線路,線路起點位于大河灣西南側(cè),在祁東山東南部位轉(zhuǎn)彎進入鎮(zhèn)山西南側(cè),在鎮(zhèn)山中部轉(zhuǎn)彎以直線段穿越堂爾上鄉(xiāng)鎮(zhèn)邊緣進入南山中部。在南山中部轉(zhuǎn)彎進入霍林山到達終點馬家。(2)方案評價比選方案一的路線里程短,穿越的地形多為河谷平原,山嶺較少,地勢比較平坦,可以減少填挖方量,降低工程費用。線
28、路靠近多個村莊,如街鵬村、堂爾上村,方便設(shè)置交通收費站。線路的不足之處是占用了大量農(nóng)田,且穿過了很多戶住宅,這將使得青苗補償費用和住房拆遷費用大大增加,遠超過工程費用。而且穿過多條河流,使得橋涵工程量增加。方案二的路線現(xiàn)對于方案一稍向里側(cè)移動了些,線路大部分為傍山線路,避免了大量占用農(nóng)田,填挖方量也不是很大。線路僅需設(shè)置兩座橋梁,穿越城鎮(zhèn)的部位,住宅較少,可以減少拆遷補償費用。但是線路在鎮(zhèn)山中部的挖方量大,需要設(shè)置一條600m的隧道。方案三的路線為遠河谷線路,線路多為山嶺線路,地形起伏不大,但是地面高程較大,施工不易,工程量較大。三個方案的技術(shù)指標比較如表2-5所示。表2-5 主要技術(shù)指標比較
29、主要比選指標方案一方案二方案三平曲線路線總長(km)4.7214.7374.825平均每公里交點數(shù)(個)0.6350.6330.622平曲線最小半徑(米/個)1000/21000/21000/2平曲線長占路線總長(%)46.342.548.6直線最大長度(m)1442.9191526.2981327.15豎曲線最短縱坡長(m)201.490336.966462.308平均每公里縱坡變更次數(shù)(次)1.9061.4771.658豎曲線增長系數(shù)1.009631.002411.0121路基平均填土高度(m)3.2317.2648.628最大填土高度(m)5.4621.4028.27最小填土高度(m)0
30、.250.040.61工程量挖方(立方米)21356156848018178518填方(立方米)20880516789153721112橋涵(個)12107隧道(個)012綜合以上方面考慮,確定最優(yōu)方案為方案二。其平面圖詳見附錄1路線平面設(shè)計圖。(1) 平面曲線幾何要素計算圖示如圖2-2所示圖2-2 對稱型平面曲線計算圖 (2)理論計算公式 (2.2) (2.3) (2.4) (2.5) (2.6) (2.7) (2.8) (2.9)式中: T-總切線長(m) L-總曲線長(m) E-外矢距(m) D-切曲差(m) R-主曲線半徑(m) 路線轉(zhuǎn)角(°) 0緩和曲線終點處的緩和曲線角(
31、°) q緩和曲線切線增值(m) p設(shè)緩和曲線后,主圓曲線的內(nèi)移植(m) Ls緩和曲線長度(m) Ly圓曲線長度(m) (2)計算示例以JD1為例,已知路線轉(zhuǎn)角=38°4942.6,圓曲線半徑R=800m,緩和曲線長為220m,各要素計算如下:內(nèi)移值:切線增長值:緩和曲線角:切線長:平曲線長:外矢距:切曲差:圓曲線長:經(jīng)校核無誤。(2) 主點樁號計算公式 (2.10) (2.11) (2.12) (2.13) (2.14) (4)計算示例 JD1處的樁號為K0+633.718, 經(jīng)校核JD1處樁號無誤。其他交點圓曲線要素及樁號詳見附錄8直曲表。其余樁號見附錄9逐樁坐標表。本路
32、線包含三個平面曲線,其平面幾何要素如下。平曲線1的幾何要素如圖2-3所示。圖2-3 曲線1幾何要素平曲線2的幾何要素如圖2-4所示。圖2-4 曲線2幾何要素平曲線3幾何要素如圖2-5所示。圖2-5 曲線3幾何要素在完成平面線形設(shè)計之后,要進行設(shè)計向?qū)У脑O(shè)置,這是完成整個線路平縱橫設(shè)計的核心步驟,也是檢驗各個設(shè)計階段所進行的設(shè)計是否符合規(guī)范、是否合理的重要方法。設(shè)計向?qū)У脑O(shè)定如下:(1) 路線基本信息如圖2-6。圖2-6 路線基本信息(2)路幅與斷面形式如圖2-7。圖2-7 路幅與斷面形式其中左側(cè)中分帶橫坡為0,寬度為1m,高度為0.2m。 左側(cè)行車道橫坡為2,寬度為3×4m,路槽深度
33、為0.6m。 左側(cè)硬路肩橫坡為2,寬度為3m,路槽深度為0.3m。 左側(cè)土路肩橫坡為3,寬度為0.75m,路槽深度為0。 右側(cè)各部分數(shù)據(jù)與左側(cè)相同。(3)填挖方設(shè)置如圖2-8。圖2-8 填挖方設(shè)置(4) 邊溝及排水溝設(shè)計如圖2-9。圖2-9 邊溝及排水溝設(shè)置(5) 超高加寬設(shè)置如圖2-10。圖2-10 超高加寬設(shè)置第三章 縱斷面設(shè)計線路的縱斷面是指沿線路的中線數(shù)值剖切在進行展開得到的平面圖,路線的縱斷面是一條有起伏的空間線??v斷面圖是通過縱斷面設(shè)計得到的成果,也是道路設(shè)計的重要的一部分。將道路的平面圖和縱斷面圖結(jié)合起來就能夠準確地定位出路線的空間位置。3.1縱斷面設(shè)計的原則(1) 縱斷面線形設(shè)
34、計應(yīng)根據(jù)設(shè)計速度,在適應(yīng)地形和環(huán)境的條件下,對縱坡的大小、長短及前后坡段協(xié)調(diào)的情況,豎曲線半徑及其與平面線形的組合等進行綜合全面的研究。通過不斷的調(diào)整修改,最終設(shè)計出平順、連續(xù)的縱斷面線形。(2) 應(yīng)滿足縱坡及豎曲線的各項規(guī)定,以及相關(guān)高程控制點和構(gòu)造物設(shè)計對縱斷面的要求。(3) 平面上直線路段不宜在短距離內(nèi)出現(xiàn)凹凸起伏頻繁的縱斷面線形,因為突起的部分容易遮擋視線,凹下去的部分容易形成視野盲區(qū),導致駕駛員產(chǎn)生茫然感,導致視線中斷,使線形失去連續(xù)性,影響行車安全。(4) 長下坡的直線坡段端部不應(yīng)設(shè)計小半徑凹形豎曲線,以保證行車安全。(5) 連續(xù)上坡路段,應(yīng)符合平均縱坡的規(guī)定,并采用運行速度對通行
35、能力與行車安全進行檢驗。(6) 縱斷面設(shè)計應(yīng)考慮路面排水的要求。(7) 在回頭曲線路段,路線縱坡有特殊規(guī)定,應(yīng)先定出回頭曲線的部分的縱坡,再從兩端接坡。在回頭曲線的主曲線內(nèi)不易設(shè)豎曲線。(8) 應(yīng)爭取縱向填挖平衡,盡量移挖作填,以節(jié)省土石方數(shù)量,降低工程造價。本設(shè)計線路多為山區(qū)線路,在縱斷面設(shè)計時,要注意用足坡度,適應(yīng)地形的起伏,減少填挖高度,降低工程費用。還應(yīng)注意豎曲線半徑的選取,除條件困難的情況外,豎曲線半徑盡量選取大半徑,并保證線路的平順。3.2縱坡設(shè)計的要求(1) 設(shè)計需滿足公路工程技術(shù)標準中的各項標準。(2) 縱坡應(yīng)具有一定的平順性,起伏不宜過大和過于頻繁。盡量避免采用極限縱坡值,合
36、理安排緩和坡段,不宜連續(xù)采用極限長度的陡坡及最短長度的短坡。連續(xù)上坡或下坡段,應(yīng)避免反復(fù)設(shè)置反坡段。(3) 沿線地形、地下管線、水文地質(zhì)條件、氣候和排水等均需綜合考慮。(4) 應(yīng)盡量做到填挖平衡,使挖方運作就近路段填方,以減少借方和棄方,降低工程費用和節(jié)省用地。(5) 縱坡除了要滿足最小縱坡要求外,還應(yīng)滿足最小填土高度的要求,以保證路基穩(wěn)定。(6) 對連接段的縱坡,如大、中引橋及隧道兩端的接線等,縱坡應(yīng)緩和,避免產(chǎn)生突變。(7) 在實地調(diào)查的基礎(chǔ)上,充分考慮通道、農(nóng)田水利等方面的要求。3.3縱坡設(shè)計步驟縱斷面的設(shè)計同平面設(shè)計類似,也可以分為手繪拉坡定線和計算機輔助確定。1. 手繪確定縱斷面線
37、(1)準備工作:在厘米繪圖紙上,按照比例標注里程樁號和標高,繪制地面線。里程樁包括:路線起點樁、終點樁、公里樁、百米樁、整樁(50米加樁或20米加樁)、平面線控制樁(如直緩、緩圓、曲中、圓緩、緩直公切點等),橋涵或直線控制樁、斷鏈樁等。 (2)標注控制點:如線路起、終點,越嶺埡口、重要橋涵、不良地質(zhì)段的最小填土高度、最大挖深、沿溪線的洪水位、隧道進出口、鐵路道口等。 (3)試坡:在已經(jīng)標出“控制點”的縱斷面圖上,根據(jù)規(guī)范要求、技術(shù)指標及選線的意圖,結(jié)合地面起伏變化,以控制點為依據(jù),穿插與取直,試定出若干直線坡段。反復(fù)比較各種可能的方案,最后定出既符合技術(shù)標準,又滿足控制點要求,且土石方較省的設(shè)
38、計線作為初試定坡線。 (4)調(diào)整:對照技術(shù)標準檢查設(shè)計的最大縱坡、最小縱坡、坡段長度的限制值是否滿足規(guī)定,平、縱組合是否合理等,發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時調(diào)整。 (5)核對:選擇有控制意義的重點橫斷面,如高填深挖,作為橫斷面設(shè)計圖,檢查是否出現(xiàn)填挖過大、坡腳落空或過遠、擋土墻工程過大等情況,發(fā)現(xiàn)問題及時調(diào)整。 (6)定坡:經(jīng)調(diào)整核對無誤后,逐段把直線坡段的坡度值、變坡點樁號和標高確定下來。坡度值要求取到0.1%,變坡點一般要求要調(diào)整到10m的整樁號上。 (7)設(shè)置豎曲線:根據(jù)技術(shù)標準、平縱組合均衡等確定豎曲線半徑,計算豎曲線要素。 (8)計算各樁號處的填挖值:根據(jù)該樁號處的地面高程和設(shè)計高程確定。 2.計
39、算機輔助確定 計算機確定縱斷面線相比于人工手繪縱斷面線少了一些工作,但是也有 相應(yīng)的步驟一步步進行。(1) 縱斷面插值:平面線形設(shè)計完之后,會生成相應(yīng)的平面交點文件,依據(jù)平面交點的數(shù)據(jù),添加事先建立好的數(shù)模組文件進行縱斷面插值。(2) 生成縱斷面圖:在縱斷面插值完成之后,點擊軟件設(shè)計欄縱斷面設(shè)計選項,計算顯示可以得到縱斷面地面線。(3) 縱斷面優(yōu)化擬合:根據(jù)顯示的地面線,平縱組合控制文件及相應(yīng)的規(guī)范軟件自動計設(shè)計出10個方案,并計算相應(yīng)的填挖方量,最后綜合評價給出最優(yōu)方案,點擊保存最優(yōu)方案數(shù)據(jù)。(4) 拉坡調(diào)整:再次點擊縱斷面設(shè)計中計算顯示選項建,界面實時刷新出根據(jù)最優(yōu)方案得到的縱斷面設(shè)計,根
40、據(jù)相關(guān)規(guī)定,可以實時修改、刪減及增加變坡點,修改豎曲線半徑等,最終得到既符合技術(shù)標準,又滿足控制點要求,且填挖均衡的縱斷面線形。(5) 控制數(shù)據(jù)輸入:根據(jù)平面地形,在河流,溝谷、高山及現(xiàn)有設(shè)施等出的里程處設(shè)計相應(yīng)的橋梁、涵洞和隧道等,并記錄存盤。3.4縱斷面設(shè)計根據(jù)公路工程技術(shù)標準豎曲線主要參數(shù)的規(guī)定,豎曲線相關(guān)指標如表3-1所示:表3-1 豎曲線指標1設(shè)計車速(km/h)100最大縱坡(%)4最小縱坡(%)0.3凸形豎曲線半徑(m)一般值10000極限值6500凹型豎曲線半徑(m)一般值4500極限值3000豎曲線最小長度(m)853.4.2拉坡與豎曲線設(shè)計縱斷面拉坡設(shè)計的起點樁號K0+00
41、0,終點樁號K4+736.966。K0+660為第一個變坡點,高程為1574.134m,為保證填挖均衡,將起點高程拔高,從起點到第一個變坡點縱坡坡度為2.5%,縱坡長度為660m。結(jié)合平面地形,在K0+320K0+350的地段為鳴河的一條水域?qū)掗煹闹Я?,在此設(shè)計一條長度30m的簡支梁橋,跨徑分布為3*10,橋名為鳴河橋。變坡點為緩和坡度差采用凹形豎曲線,曲線半徑為20000m,曲線長225.75m。從K0+660至K1+230為一個縱坡,坡段坡度為3.6%,坡段長度為570m。第二個變坡點高程為1594.708m,凸形豎曲線半徑為22400m,曲線長412.429m。K1+300K1+900在
42、平面地形圖上為鎮(zhèn)山中部,此處地勢陡峭,地面高程較高,挖方范圍從13m至58m,考慮在此設(shè)計一條長度為600m的隧道,單向坡坡度為1.7%。第三個變坡點樁號為K2+080,高程為1609.737m,凸形豎曲線半徑15000m, 曲線長639.619m。在樁號K2+150和K2+580處分別設(shè)有一個涵洞,前者為蓋板涵,為低級公路通車行人而設(shè)計,后者為達到排水要求設(shè)計成圓管涵。第四個變坡點樁號為K2+800,高程1591.767m,凹形豎曲線半徑8000m,曲線長473.322m。第三和第四變坡點之間縱坡坡度為-2.5%,坡段長度720m。樁號K3+230處設(shè)有一蓋板涵,其后K3+510是第五個變坡
43、點,此處為凸形豎曲線,曲線半徑20000m,曲線長344.298m。第四、五變坡點之間縱坡坡度3.4%,坡段長度710m。其后坡段坡度為1.7%,坡段長度890m。在樁號K4+040至K4+060處為兌子溝橋,橋梁類型是簡支梁橋,跨徑分布2*10。最后一個變坡點樁號為K4+400,高程1631.175m,凸形豎曲線半徑10000m,曲線長409.216m。其后坡段坡度-2.4%,坡段長度336.966m。本設(shè)計的高速公路線路全長4736.996m,全線共設(shè)置6個豎曲線,其中4個凸曲線,2個凹曲線。凸曲線的最小半徑為15000m,凹曲線最小半徑為8000m,最大縱坡坡度為3.4%,最小縱坡坡度為
44、1.7%,最大坡段長度為890m,最小坡段長度336.966m,均滿足設(shè)計要求。全線共設(shè)有3個橋梁,1個隧道,7個涵洞??v斷面總體設(shè)計及豎曲線要素詳見附錄2路線縱斷面設(shè)計圖及附錄10豎曲線元素表。1.豎曲線要素計算圖如圖3-1所示:圖3-1 豎曲線要素計算圖 2.豎曲線要素計算公式坡度差: (3.1) 曲線長: (3.2)切線長: (3.3)外矢距: (3.4)式中:R豎曲線半徑(m) T切線長(m) L豎曲線長(m) E外矢距(m)3.計算示例 以變坡點3和變坡點4為例計算豎曲線要素。(1) 變坡點3 樁號K2+080,高程為1609.737m,i1=1.7682%,i2=-2.4959%,
45、半徑R=15000m。坡度差:,為凸形。曲線長:切線長:外矢距:計算設(shè)計高程豎曲線起點樁號=(K2+080)-319.808=K1+760.192豎曲線起點高程=1609.737-319.808×1.7682%=1604.082m豎曲線終點樁號=(K2+080)+319.808=K2+399.808豎曲線終點高程=1609.737+319.808×(-2.4959%)=1601.755m (2)變坡點4 樁號為K2+800,高程為1591.766m,i1=-2.4959%,i2=3.4206%, 半徑R=8000m。坡度差:,為凹形。曲線長:切線長:外矢距: 計算設(shè)計高程:
46、豎曲線起點樁號=(K2+800)-236.66=K2+563.34豎曲線起點高程=1591.766-236.66×(-2.4959%)=1597.673m豎曲線終點樁號=(K2+800)+236.66=K3+036.66豎曲線終點高程=1591.766+236.66×(3.4206%)=1599.861m第4章 橫斷面設(shè)計道路橫斷面是指道路中心線上任意一點的法向切面,由橫斷面設(shè)計線和地面線構(gòu)成。橫斷面設(shè)計線包括行車道、路肩、分隔帶、邊溝邊坡、截水溝與排水溝等。4.1橫斷面設(shè)計原則(1) 設(shè)計應(yīng)根據(jù)公路等級、行車要求和當?shù)刈匀粭l件,并綜合考慮施工養(yǎng)護和使用等方面的情況,進行全
47、面設(shè)計,實現(xiàn)堅實穩(wěn)定、經(jīng)濟合理的要求。(2) 路基設(shè)計除了選擇合適的路基橫斷面形式和邊坡坡度等外,還應(yīng)設(shè)置完善的排水設(shè)施和必要的防護加固工程及其他結(jié)構(gòu)物。(3) 應(yīng)結(jié)合路線和路面進行設(shè)計,盡量繞避一些難以處理的不良地質(zhì)段。對于地形陡峭、有高填深挖的邊坡,應(yīng)進行移改路線位置或設(shè)置防護工程的比選,以減少工程數(shù)量,保證路基穩(wěn)定。(4) 當路基標高受到限制,路基處于潮濕、過濕狀態(tài)和水溫狀況不良時,就應(yīng)采用水穩(wěn)性好的材料填筑路堤或進行換土填實,使路面具有一定的防凍總厚度,設(shè)置隔離層及其他排水設(shè)施等。(5) 路基設(shè)計還應(yīng)兼顧當?shù)剞r(nóng)田基本建設(shè)及環(huán)境保護的需要。4.2路基寬度高速公路路基標準橫斷面分為整體式路
48、基和分離式路基,本設(shè)計采用的是整體式路基,由車道、中央分隔帶、硬路肩、土路肩等部分組成。根據(jù)公路線路設(shè)計規(guī)范JTG D20-2006中所述,整體式路基寬度規(guī)定如表4-1。表4-1 整體式路基寬度公路等級高速公路設(shè)計速度(km/h)12010080車道數(shù)86486464路基寬度(m)一般值42.0034.5028.0041.0033.5026.0032.0024.50最小值40.0025.0038.5023.5021.50本設(shè)計設(shè)計速度100km/h,采用雙向六車道,所以路基寬度采用規(guī)范中一般值33.50m。其中,單個行車道寬度為4m,大于規(guī)范中所要求的3.75m,滿足要求。中央分隔帶采用一般值
49、2m,硬路肩寬度為3m,土路肩寬度0.75m。根據(jù)公路路線設(shè)計規(guī)范 JTG D20-2006,當二級公路、三級公路、四級公路的圓曲線半徑小于或等于250m時,應(yīng)設(shè)置曲線加寬。本設(shè)計為高速公路,并且最小圓曲線半徑為800m,因此不需要曲線加寬設(shè)計。4.3行車道超高值確定本此設(shè)計的高速公路是設(shè)有中央分隔帶的。在超高過程中,內(nèi)外兩側(cè)同時從超高過渡段起點開始繞各自的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn),外側(cè)逐漸抬高,內(nèi)側(cè)逐漸降低,直到Y(jié)H(或HY)點達到全超高。本公路為整體式路基,路拱為2%,硬路肩為2%,土路肩為3%。超高過渡段僅在回旋線上的某一個區(qū)段進行。超高的方式采用繞中央分隔帶邊緣旋轉(zhuǎn)超高,示意圖如圖4-1。圖4-1
50、繞中央分隔帶邊緣旋轉(zhuǎn)示意圖圖中:B半幅行車道寬度(m) b1左側(cè)路緣帶寬度(m) b2右側(cè)路緣帶寬度(m) iy超高橫坡度 iz路拱橫坡度 bj1硬路肩寬度(m) bj2土路肩寬度(m)計算公式如表4-2所示。表4-2 繞中央分隔帶邊緣旋轉(zhuǎn)超高值計算公式超高位置計算公式X處距離行車道橫坡值說明外側(cè)C 1. 設(shè)計高程為中央分隔帶外側(cè)邊緣D點的高程。2. 加寬值bx按加寬計算公式計算。D0 內(nèi)側(cè)C0D表中:B左側(cè)(或右側(cè))行車道寬度 b1左側(cè)路緣帶寬度 b2右側(cè)路緣帶寬度 bxX處距離路基加寬值 ih超高橫坡值 iG路拱橫坡值 X超高過渡段中任一點至超高過渡起點的距離以JD1為例計算曲線超高。超高
51、橫坡計算公式: (4.1)式中:ih超高橫坡值(%) 橫向力系數(shù) 設(shè)計速度(Km/h) R圓曲線半徑(m)樁號處曲線的超高橫坡度計算,已知設(shè)計速度為=100km/h,圓曲線半徑R=800m,橫向力系數(shù)則圓曲線超高橫坡為:當ih<iG(路拱橫坡)時,取ih=iG;當ih>iG時,取ih=ihmax=5.41%。已知在JD1樁號K0+633.718處,b1=0.5m,B=12m,b2=0.5m,ih=5.41%,Lc=220m,此時x=120m。外側(cè)C: 外側(cè)D:內(nèi)側(cè)C: 內(nèi)側(cè)D:同理可得超高過渡段中的任意一點的橫向超高值。4.4行車視距為了行車安全,駕駛?cè)藛T應(yīng)能隨時看到汽車前面相當遠
52、的一段路程,一旦發(fā)現(xiàn)前方路面上有障礙物或迎面來車,能及時采取措施,避免發(fā)生交通事故,這一必須的最短距離稱為行車視距。行車視距是否充分,直接關(guān)系到行車的安全與迅速,它是道路使用質(zhì)量的重要指標之一。停車視距是指駕駛?cè)藛T發(fā)現(xiàn)前方有障礙物前停住所需的最短距離。停車視距由三部分組成,駕駛員反應(yīng)時間內(nèi)行駛的距離S1,開始制動汽車到汽車完全停止所行駛距離S2(制動距離),再加安全距離S0(510m)。計算公式如下: (4.2)式中:t駕駛員反應(yīng)時間,取2.5s; 路面與輪胎之間的縱向摩阻系數(shù),因輪胎、路面、制動等條件不同而異,計算停車視距一般按路面潮濕狀態(tài)考慮; 行駛速度。當設(shè)計速度為12080km/h時為其85;當設(shè)計速度為6040km/h時為其90;設(shè)計速度為3020km/h時為其100。停車視距計算中駕駛員的視線高為1.2m,障礙物高為0.10m。各級公路每條車道的停車視距規(guī)定如表4-3。表4-3 停車視距設(shè)計速度(km/h)120100
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